一种保形流态观测装置研制方法与流程

1.本发明属于保形流态观测装置研制方法技术领域，具体涉及一种保形流态观测装置研制方法。


背景技术：

2.为了让流体获得特定的流动状态往往需要对流道进行针对性的设计，同时流道内流体的流动状态也能够反映出流道的设计结果，但为了知晓流道内流体的流动状态必须对其进行观测，而光学观测方式能够较为全面地评价流体的流态，其通常是将观测装置安装在被测管道的中间，使之成为被测管道的一部分，当流体经过该观测装置时便可对其进行观测，具有较高的可操作性，因此该种方法应用较广。光学观测方法往往是通过将光束射入光学侧窗而使之携带流体的流态信息后出射再被仪器检测，而保形流态观测装置能够在不破坏流道形态的情况下实现对流体的观测，相较于为适应光学元件形状而破坏流道的传统光学观测装置能够更真实准确的测量流体的实际状态。就已有的保形流态观测装置研制方法而言，因其大都采用内嵌光学侧窗的方式实现观测功能，虽然光学侧窗内表面可以为了流道保形而被加工到很高的精度，但由于内嵌造成安装光学侧窗的安装空间为封闭形状，致使其很难被加工到很高的精度，同时为了方便安装，安装空间也会略大于光学侧窗的外形尺寸，即使通过细致的装调能够将内嵌的光学侧窗安装到位，也无法避免内嵌的光学侧窗与其安装空间的结合面会出现间隙以及局部的不平整，从而造成对流道形态的破坏，进而在观测时引入误差。同时已有的研制方法研制的保形流态观测装置还会因光学侧窗与自身安装空间存在间隙，而在流体流动过程中产生泄漏问题，已有的密封措施可能会在流体高温、侧窗内外压差过大等情况下失效，且密封环节也很容易影响光学侧窗的位置精度，这增加了装调难度并减弱了装置性能的稳定性。同时由于已有的研制方法中光学侧窗与其所安装的支架材料的不同，而为了消除间隙内嵌的光学侧窗会尽可能与安装件紧密配合，这便会在温度变化过程中由两者的热变形量差异造成热应力，甚至出现因热变形量的差异过大造成光学侧窗的损坏或者定位失效等情况，且安装过程也容易引入安装应力，进而影响光学侧窗的面形和位置精度。当观测例如高速流体时会在流道内外产生巨大压力差，已有研制方法研制的装置还会因结构和材料性质差异在传统光学侧窗安装处产生应力集中问题，造成传统光学侧窗形变的不可控，从而进一步引入观测误差。同时已有研制方法制造的保形观测装置将光路的调制作用全部集中在了内嵌的光学侧窗上，为了尽可能消除间隙并进行密封，内嵌的光学侧窗都只能一次性安装在其安装空间内，无法进行适时的调整，这不仅降低了已有保形流态观测装置对元件加工误差的包容性，更使得其在工作过程中无法根据工况对光学系统的实际影响来对光学元件的位置进行适时的调节，进而削弱了装置对环境的适应性。因此上述问题限制了已有保形流态观测装置研制方法的应用，成为了高性能流道研制道路上的一个重要障碍。而就保形流态观测装置而言，因为要实现保形，所以每种观测装置只能适用于与之匹配的甚至一对一的特定场合，也就使得该种装置大概率只会小批量甚至是单个研制，因此其具有明显的定制属性。


技术实现要素：

3.为了能够针对性地克服现有保形流态观测装置研制方法存在的对流道形态的破坏、装置密封困难、装置易产生安装与热应力以及压差从而造成光学侧窗变形、光学元件不可调节位置等问题，本发明提出了一种可实现流道一体化完全保形、无需流道密封、具有应力隔绝功能且材料一致热变形均匀并可进行压强调节以及光学元件位置可调，同时还能相较于现有研制方法提高装置的性能与研制成功率，且适用于具有小批量制造与高度定制化特点的新型保形流态观测装置的研制方法。
4.本发明是采用以下技术方案实现的：一种保形流态观测装置研制方法，包括以下步骤：步骤一、以保形面为光学设计的起点，根据观测需求完成光学系统设计，着重考虑保形光学元件的可加工性与工况的适应性，同时兼顾其余零部件安装的便利性，并将观测所需的光学性能分散在多个光学元件中。由于保形面的形状由被测管道的内表面形状决定，无法修改，因此必须将其完全不变地输入光学系统中，故将保形面作为光学设计的起点；同时由于保形面需要构成一体化的保形光学元件以作为被测流体的流道，所以保形光学元件同时扮演了光学元件与流道的作用；考虑到光学材料作为管道加工的困难性，因此在光学系统设计过程中应着重考虑保形光学元件的可加工性与工况的适应性，同时保形光学元件作为一个光学元件其相对于其他光学元件的位置精度要求也较高，因此也要兼顾其他零部件安装的便利性，即在保形光学元件的材料选择、外表面形状等方面要有针对性的侧重，而适当弱化其光学功能；但在弱化了保形光学元件的光学功能后便需要通过添加调制光学元件来实现观测所需的光学性能，同时借助将光学性能分散在多个光学元件中的方式也可达到降低加工风险、提供调整自由度的作用。
5.步骤二、根据光学系统设计结果完成各光学元件以及各机械零件的结构设计，将光学系统中的保形光学面转换为一体材料的保形光学元件，在光机结构设计中搭建出所需的保形流态观测装置，并对设计结果进行计算以及仿真分析。一体材料的保形光学元件能够解决现有依靠内嵌光学侧窗的保形观测装置所不可避免的对流道形态的破坏、密封困难、易产生安装与热应力等问题；而通过计算以及仿真分析等手段能够提前了解整个保形流态观测装置及其每个元件的环境适应性、可加工性等信息，以此校验光学系统与光机结构设计的合理性。
6.步骤三、按照保形光学元件的光机结构设计结果对其进行加工，加工过程可能需要多次迭代。
7.步骤四、对加工完成的保形光学元件进行精度检测，并通过检测和加工的多次迭代，将保形光学元件的误差控制在一个合理范围内，同时将检测结果反馈给光学系统，以保形光学元件的实际加工与检测结果为依据对光学系统的调制光学元件进行优化改进，同时对光机结构设计进行相应的优化改进。因保形光学元件为一体化光学材料构成且保形面为封闭形状，所以较难加工，因此很难将其面形加工到很高的精度，即使通过反复迭代也大都只能将其控制在一个可接受的范围内，这是它自身特点所决定的，故需将其实际加工结果反馈给光学系统以对调制光学元件进行优化改进，同时也需要对光机结构设计进行相应调整。
8.步骤五、对优化改进后的调制光学元件与机械零件进行加工与精度检测，因调制
光学元件为常规的光学元件，其工艺成熟，因此可以加工至很高精度，从而通过将观测所需的光学性能分散在多个光学元件中的方式弱化了保形光学元件的光学作用，而提高了其可加工性以及相关零部件与之安装的便利性等性质。
9.步骤六、对完成加工与检测并已符合要求的各零部件进行装调，得到所需的保形流态观测装置。
10.步骤七、对装调好的保形流态观测装置进行性能检测与进一步调整直至其达到目标性能即对流体流态的观测要求。
11.进一步地，在光学系统设计过程中，通过人为控制设计参数，使调制光学元件与保形光学元件不直接接触，从而避免温度以及形变的传递，进而保持各光学元件的形状和位置精度，光学元件的分离也使得可以通过调整光学元件的位置实现装置性能的实时优化。
12.进一步地，在进行光机结构设计时针对保形光学元件的性质与允差范围并结合机械零件的性质设计出应力隔绝结构，使保形光学元件通过应力隔绝结构被约束在安装空间内，而不通过任何机械连接手段与机械零件连接。其中保形光学元件以及机械零件的性质主要包括材料的弹性模量以及结构形状等；而机械连接手段则包括例如螺栓连接等局部应力很大的连接，以尽可能减小保形光学元件在安装以及工作过程中的受力变形；应力隔绝结构的设计则主要集中在结构形状、刚度、位置等方面。
13.进一步地，在进行光机结构设计时根据保形光学元件以及约束保形光学元件的结构件的材料性质与外形尺寸添加温度补偿结构，以补偿各零部件热变形量的不同，从而避免当工作环境温度发生改变时产生热应力而使光学元件的形位精度受影响，甚至产生破坏结果。
14.进一步地，在以保形光学元件的实际加工与检测结果为依据对光学系统的调制光学元件以及光机结构设计进行优化改进后，对调制光学元件以及机械零件逐个或分组加工，并在完成当下光学元件以及机械零件的加工后即刻将检测结果反馈给光学以及光机系统以对还未加工的光学元件与机械零件进行优化改进，如此进行加工、检测、剩余零部件优化等过程间的不断迭代，直至完成所有光学元件及机械零件的加工，以动态优化的方式提高整个观测装置的研制成功率与光学性能。
15.进一步地，在装配过程中以保形光学元件为装配起点，以由近至远的顺序对各零部件进行装配，并在装配过程中进行在线检测与调整。由近至远的顺序能够保证保形光学元件这个核心零部件的装配精度，且更远处的元件靠后装配也更便于调整；在线装调即通过例如搭建的测量光路对整个装置同时进行测量和装调的操作，能够提高装置的装配精度并及时准确地发现可能存在的问题。
16.进一步地，通过计算极限工况下保形光学元件内流体的压强，在保形光学元件外部创造出能够与之匹配的密封环境，并选用合适的密封方式与密封件，同时根据所需的压强调节范围选择合适的压强调节装置，以平衡保形光学元件工作时的内外压差，降低其变形。
17.进一步地，光学系统设计过程中选取适当数量的调制光学元件为可调光学元件，并降低其移动对光学系统性能影响的敏感度，同时在光机结构设计过程中设计出便于移动上述可调光学元件的微调机构。其中可调光学元件可以通过尽量远离保形光学元件以获得更大的调整空间，而降低调整光学元件移动对光学系统性能影响的敏感度能够使调节装置
更易被操作且获得更好的调节效果，同时调整机构的设置则需要考虑安装空间、移动量以及调节分辨率等因素，而通过设置可移动调整的光学元件能够在装配以及工作过程中实时改善装置的光学性能。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果有：一种保形流态观测装置研制方法，该方法以保形面为光学起点设计出符合要求的光学系统；并根据光学系统设计进行光机结构设计；在完成光机结构设计后对保形光学元件进行加工，并将保形光学元件的实际加工结果反馈给光学与光机系统，以对调制光学元件与机械零件进行针对性的优化；并在加工剩余零部件的同时不断将各零部件的加工结果反馈给光学以及光机系统以进行剩余光学元件与机械零件的优化改进，直至加工完成；在装配过程中同样以保形光学元件为起点，将各零部件逐个装配，并进行在线调整；最后以装置的实际性能检验研制结果。本发明能够针对性地克服现有保形流态观测装置研制方法存在的对流道形态的破坏、装置密封困难、装置易产生安装与热应力以及压差从而造成光学侧窗变形以及光学侧窗不可调节位置等问题；而实现流道的一体化完全保形、无需流道密封、具有应力隔绝功能且材料一致热变形均匀并可进行压强调节以及光学元件位置可调，同时还能相较于已有研制方法提高装置的性能与研制成功率，尤其适用于具有小批量与高度定制化特点的新型保形流态观测装置，同时填补了此类新型保形流态观测装置研制方法的空白。
附图说明
19.图1为本发明的光学系统示意图；图2为本发明中保形流态观测装置剖面结构示意图；图3为本发明中光学支架与转接件连接下的装置剖面结构示意图；图4为本发明中保形流态观测装置外观结构示意图；图5为本发明中保形光学元件结构示意图；图6为本发明中转接件结构示意图。
20.图例说明：1：转接件， 2：光学支架，3：紧固件， 4：流道， 5：密封件， 6：保形光学元件， 7：调制光学元件， 8：垫片，9：应力隔绝结构，10：压强调节装置；11：微调机构。
21.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
22.下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
24.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
27.为清楚地展示本发明的原理及工作过程，本实施例给出了较为典型的实施方案，但以下案并不能代表本发明的全部方案。
28.本发明所针对的新型保形流态观测装置，其具有显著的定制化以及小批量制造等特有属性，可采取以下研制方法进行研制：步骤一、以保形面为光学设计的起点，根据观测需求完成光学系统设计。如图1所示，可通过将光学系统设计为无焦系统，即在没有介质流过观测装置时，平行光进入光学系统后也会以平行光出射，故当被测流体流过观测装置而对光线的传播产生影响后，出射的光线就会携带流体的流态信息，通过分析计算和比较便可测得所需结果。而在设计过程中应着重考虑保形光学元件6的可加工性与工况的适应性，同时兼顾其余零部件安装的便利性，并将观测所需的光学性能分散在多个光学元件中。因保形面作为流道4其形状由测试对象所决定，无法修改，因此必须将其完整地输入到光学系统中，例如图1和图5所示的圆形截面管道，故需将保形面作为光学设计的起点。
29.同时由于保形面需要构成一体化的保形光学元件6以形成供被测流体流动的流道4，所以保形光学元件6同时扮演了透镜与管道的作用，考虑到光学材料作为管道加工的困难性，因此在光学系统设计过程中应着重考虑保形光学元件6的可加工性与工况的适应性。同时保形光学元件6作为一个光学元件其相对于其他光学元件的位置精度要求也较高，因此也要兼顾其他零部件安装的便利性，即在保形光学元件6的材料选择、外表面形状等方面要有针对性地侧重，例如图5中将保形光学元件6外表面设计成圆形或者平面，以便于加工并方便其他零部件的安装。故可适当弱化保形光学元件6的光学性能，但为了实现观测功能便需通过添加调制光学元件7来增强观测装置的光学性能，而借助将光学性能分散在多个光学元件中的方式也可达到降低加工风险、提供调整自由度的作用，如图1、图2以及图3中所示的调制光学元件7。
30.步骤二、根据光学系统设计结果完成各光学元件以及各机械零件的结构设计，将光学系统中的保形光学面转换为一体材料的保形光学元件6，并在光机结构设计中搭建出所需的保形流态观测装置。如图1、图2以及图3所示，设计出的零部件还包括调制光学元件7、光学支架2、转接件1等，同时还要选用例如紧固件3以及密封件5等零部件，并对设计结果进行计算以及仿真分析，该步骤可通过将三维图导入仿真分析软件进行。本发明提出的研制方法设计出的一体材料的保形光学元件6能够解决现有内嵌光学侧窗的保形流态观测装置所不可避免的对流道4形态的破坏、密封困难以及易产生安装与热应力等问题。而通过计
算与仿真分析等手段能够提前了解整个保形流态观测装置及其每个元件的环境适应性、可加工性等信息，以此校验光学系统设计与光机结构设计的合理性。
31.步骤三、按照保形光学元件6的结构设计结果对其进行加工，加工过程可能需要多次迭代。如图5所示的保形光学元件6，其根据待测流体的物理与化学性质以及被测环境压强、温度等因素应选用具有针对性的光学材料，而常用的光学材料包括无机玻璃、有机玻璃以及光学晶体等，不同的材料需要采用不同的加工手段，但要将封闭的管道内部加工至所需的形状精度以及表面粗糙度都是较为困难的，除有机玻璃以及少数晶体可以采用车削方式外，其余材料大都只能采用磨削的方法，并且很难一次加工到位，故需要多次迭代。而保形光学元件6的外表面因不受空间的限制，便可灵活采用加工方式，其加工难度相对较低。
32.步骤四、通过干涉仪或者高精度轮廓仪等仪器对加工完成的保形光学元件6进行精度检测，主要检测内外表面的形位精度，通过检测和加工的多次迭代，将保形光学元件6的误差控制在一个合理范围内，并将检测结果通过面形拟合后以例如泽尼克多项式的方式反馈给光学系统，从而以保形光学元件6的实际加工与检测结果为依据对光学系统的调制光学元件7进行优化改进，同时对光机结构例如光学支架2进行相应的优化改进。因保形光学元件6为一体光学材料构成且保形面为封闭面形，所以往往较难加工，因此很难将其面形加工到很高的精度，即使通过反复迭代也大都只能将其控制在一个可接受的范围内，而可接受的范围指保形光学元件6的形位误差能够通过对调制光学元件7的优化改进得以克服，并最终使光学系统具备观测所需的光学性能。难以加工是保形光学元件6自身特点所决定的，故需将其实际加工结果反馈给光学系统以进行调整，同时也需要对光机结构设计进行相应调整。
33.步骤五、对优化改进后的调制光学元件7与光学支架2等机械零件进行加工与精度检测。因调制光学元件7为常规的光学元件，其工艺成熟，因此可以加工至设计精度，从而通过上述将观测所需的光学性能分散在多个光学元件中的方式弱化了保形光学元件6的光学作用，而提高了其可加工性与环境适应性等性质。
34.步骤六、对完成加工与检测并已符合要求的保形光学元件6、调制光学元件7、光学支架2以及转接件1等零部件进行装调，得到如图2、图3所示的新型保形流态观测装置。
35.步骤七、对装调好的保形流态观测装置进行性能检测，例如通过干涉仪测量整个装置的波前误差，从而综合评价观测装置的光学性能，若不满足性能要求可通过分析找出问题所在，如果是光学元件位置不正确，则可尝试通过微调机构11对调制光学元件7进行微调直至整个观测装置达到设计性能即对流体流态的观测要求。
36.在光学系统设计过程中，通过人为控制设计参数，使调制光学元件7与保形光学元件6不直接接触。如图1所示，调制光学元件7与保形光学元件6之间留有一定间距，从而可极大降低调制光学元件7因热传递而受到被测流体极端温度的影响，进而保持调制光学元件7的形状和位置精度，这也可使保形光学元件6的自然形变不受到调制光学元件7的影响。光学元件的分离也使得可以通过调整光学元件的位置实现装置性能的优化，例如通过微调机构11实现调制光学元件7的移动，以克服加工以及工作环境等造成的形位误差而适时改善观测装置的光学性能。
37.如图6所示，在进行光机结构设计时针对保形光学元件6的性质以及允差范围并结合机械零件的性质设计出应力隔绝结构9，例如图6中所示的在转接件1上进行局部刚度削
弱处理后的结构，以使保形光学元件6通过应力隔绝结构9被约束在转接件1自身或光学支架2自身或转接件1与光学支架2共同组成的安装空间内，而不通过任何机械连接手段与机械零件连接。其中保形光学元件6以及机械零件的性质主要包括材料的弹性模量以及结构形状等，而机械连接手段则包括例如螺栓连接等局部应力很大的连接，以尽可能减小保形光学元件6在安装以及工作过程中的受力变形。应力隔绝结构9的设计内容则主要集中在结构形状、刚度、位置等方面，同时调制光学元件7也可通过类似的应力隔绝手段进行安装，且应力隔绝结构9还可作为独立的零部件而单独安装。
38.在进行光机结构设计时根据保形光学元件6以及约束保形光学元件6的结构件的材料性质与外形尺寸添加温度补偿结构。例如图6中所示的垫片8，以图3所示的径向热变形为例，即要实现转接件1与光学支架2的径向热变形量之和等于保形光学元件6与垫片8的径向热变形之和，轴向同理。而对于调制光学元件7而言也可添加类似的热补偿结构，以补偿各零部件热变形量的不同。从而避免当工作温度环境发生改变时产生热应力而使光学元件的形位精度受影响，甚至产生破坏结果。垫片8也可具有一定弹性，以吸收相关元件变形或加工误差造成的应力。且垫片8也可同时具有上述两种性质。
39.在以保形光学元件6的实际加工与检测结果为依据对光学系统的调制光学元件7以及光机结构设计进行优化改进后，对调制光学元件7以及机械零件例如光学支架2逐个或分组加工，并在完成当下光学元件以及机械零件的加工后即刻将检测结果反馈给光学和光机系统以对还未加工的光学元件与机械零件进行优化改进，如此进行加工、检测、剩余零部件优化等过程间的不断迭代，直至完成所有光学元件以及机械零件的加工，用动态优化的方式提高整个观测装置的研制成功率与光学性能。
40.在装配过程中以保形光学元件6为装配起点，以由近至远的顺序对各零部件进行装配，例如当存在多个调制光学元件7时，应先安装距离保形光学元件6较近的调制光学元件7及对应光学支架2，并在装配过程中进行在线检测与调整。由近至远的顺序能够保证保形光学元件6这个核心元件的装配精度，且更远处的元件靠后装配也更便于调整。在线装调即通过例如搭建的测量光路对整个装置同时进行测量和装调的操作，能够提高装置的装配精度并准确及时地发现可能存在的问题。
41.通常而言，设计人员大都可通过计算仿真等方式掌握待测流体的理论状态，于是可以根据理论极限工况下保形光学元件6内部的压强而在保形光学元件6外部创造出能够与之匹配的密封环境。匹配是指密封条件至少可以实现该压强环境，但一般需设置一定的安全系数，并选用合适的密封方式与密封件5。同时根据所需的压强调节范围选择合适的压强调节装置10，以此平衡保形光学元件6工作时的内外压差，降低其变形。如有必要，对调制光学元件7也可进行压强平衡。
42.光学设计过程中要选取适当数量的调制光学元件7为可调光学元件，并降低其移动对光学系统性能影响的敏感度，同时在光机结构设计过程中设计出便于移动上述调制光学元件7的微调机构11。例如图3所示的螺纹微调机构，微调机构11可以是多向的，从而能够在包括径向和轴向等多个方向调整调制光学元件7，且可调光学元件可通过尽可能地远离保形光学元件6以获得更大的调整空间，而降低调整光学元件移动对光学系统性能影响的敏感度能够使调节装置更易被操控且获得更好的调节效果。同时调整机构的设置需要考虑安装空间、移动量以及调节分辨率等因素，且通过设置可移动调整的光学元件能够在装配
以及工作过程中适时改善装置的光学性能。
43.以上研制方法可概括为光学系统设计、光机结构设计与性能分析、元件加工与检测、整机装调以及整机性能检测等环节。但针对本研制方法所服务的新型保形流态观测装置自身的特点，其大部分环节均有明显区别于已有研制方法的地方，例如严格以保形光学元件6为中心，根据其自身较难加工但又需参与光学成像的实际需求，通过在设计过程中加入调制光学元件7来弱化其光学功能而使其外形更加灵活进而增强其可加工性，同时反复将加工检测结果反馈给光学和光机结构设计，以实现动态的迭代优化。
44.总之，本方法以保形面为光学设计起点设计出符合要求的光学系统；并根据光学系统设计进行光机结构设计；在完成光机结构设计后对保形光学元件6进行加工，并将保形光学元件6的实际加工检测结果反馈给光学与光机系统，以对调制光学元件7以及机械零件进行针对性的优化改进；并在加工其余零部件的同时不断将各零部件的加工与检测结果反馈给光学与光机系统以进行剩余光学元件与机械零件的优化改进，直至完成加工；在装配过程中同样以保形光学元件6为起点，将各零部件逐个装配，并在装配过程中进行在线调整；最后检测装置的实际性能以检验研制结果。本发明能够针对性地克服现有保形流态观测装置研制方法存在的对流道4形态的破坏、装置密封困难、装置易产生安装与热应力以及压差从而造成内嵌光学侧窗变形以及光学侧窗不可调节位置等问题；而实现流道4的一体化完全保形、无需流道4密封、具有应力隔绝功能且材料一致热变形均匀并可进行压强调节以及光学元件位置可调，同时还能相较于已有研制方法提高装置的性能与研制成功率，尤其适用于具有小批量与高度定制化特点的新型保形流态观测装置，同时填补了此类新型保形流态观测装置研制方法的空白。
45.通过上述研制方法，便可研制出如附图2-4所示的新型保形流态观测装置。其将一体化的保形光学元件6作为流体流动的管道，并通过光学支架2将调制光学元件7安装在保形光学元件6的径向两侧以形成观测所需的光学功能，同时通过转接件1实现观测装置与外部管道的安装连接，而分布在轴向两侧的转接件1自身或其与光学支架2共同形成的安装空间将保形光学元件6约束在正确的安装位置，密封件5则分布在各零部件交接处以形成压强调节所需的密封空间，而压强调节装置10则与该密封空间相连通，转接件1与光学支架2上有应力隔绝结构9，以消除光学元件的负面应力。
46.上述新型保形流态观测装置的一种典型工作过程为：将其通过转接件1安装在待测管道上后，将光源与接收器等设备架设到位，随后将流体按照工作状态通入管道中，使其流过保形观测装置，待流体流动稳定后，启动光源与接收设备，并启动压强调节装置10，使保形光学元件6内外压强相等，最后开展对流体流态的观测。因从调制光学元件7入射并出射的光线携带了流体的流态信息，所以对出射的光线进行接收和分析即可检测出流体的实际流动状态。
47.通过上述对研制结果的进一步说明，能够更加全面与详细地展示本发明的思路和创新点。需特别说明的是，附图仅用于具象描述本发明的思路，并无限制本发明研制方法和研制结果的作用。
48.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。